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Le schiume: un ventaglio di opzioni

Dal punto di vista chimico, la schiuma può essere descritta come una dispersione eterogenea in cui un gas si trova intrappolato all’interno di un mezzo che può essere liquido, solido oppure gelificato. In altre parole, le bolle di gas restano inglobate nella fase continua, dando origine a una struttura caratteristica. Un esempio comune e facilmente osservabile è quello della schiuma marina: quando le onde agitano l’acqua, l’aria viene incorporata, formando una moltitudine di bolle visibili sulla superficie.

La forma e la disposizione delle bolle possono variare: in alcune schiume esse sono regolari e uniformi, mentre in altre si distribuiscono in modo irregolare e casuale. Queste differenze influiscono direttamente sulle proprietà fisiche della schiuma, come la viscosità, la resistenza meccanica e la capacità di trattenere il gas. Le schiume liquide sono tra le più comuni e comprendono esempi di uso quotidiano come la panna montata, la schiuma da barba, la birra o la schiuma che si forma naturalmente sulla superficie del mare. Esistono anche schiume solide, nelle quali il gas è intrappolato all’interno di una matrice rigida, come avviene nel polistirene espanso, nelle spugne o nei materiali isolanti.

Nel settore ceramico, la comparsa di schiuma all’interno delle sospensioni, come smalti o barbottine, rappresenta un fenomeno decisamente problematico in quanto può compromettere la qualità estetica e funzionale del prodotto finito. In altri ambiti industriali, invece, la formazione di schiuma può essere non solo tollerata ma anche desiderata, come avviene ad esempio nella produzione di alcuni alimenti o di materiali isolanti.

All’interno degli smalti ceramici, due condizioni risultano particolarmente favorevoli alla formazione di schiuma. Da un lato, una bassa viscosità rende il fluido più sensibile ai vortici che si generano durante la miscelazione nelle vasche di agitazione, favorendo l’inglobamento di aria. Dall’altro, un elevato contenuto di acqua tende a mantenere alta la tensione superficiale della sospensione, ostacolando la degassazione naturale, cioè la fuoriuscita e la rottura spontanea delle bolle. 

Quando questi fattori si combinano, la schiuma non solo si forma, ma può persistere sia nelle vasche che sulla superficie dello smalto già steso sul supporto ceramico. Se non gestito, il fenomeno può determinare difetti visivi e alterazioni strutturali che incidono sulla resa finale del prodotto.

Gestione della schiuma

Per gestire la schiuma è possibile adottare diverse strategie, ma la via più efficace passa quasi sempre attraverso l’impiego di additivi chimici in grado di agire direttamente sul meccanismo di formazione delle bolle. Gli additivi utilizzati possono essere suddivisi in due grandi categorie. I prodotti idrofili, solubili in acqua, interagiscono con le molecole responsabili della formazione della schiuma e modificano l’equilibrio del sistema, favorendo la rottura delle bolle. I prodotti idrofobi, invece, non si sciolgono in acqua e intervengono destabilizzando fisicamente la struttura della schiuma attraverso un’azione diretta sulla tensione superficiale. 

È in quest’ultima categoria che rientrano gli antischiuma, fondamentali per il controllo del problema all’interno del processo produttivo ceramico.

Essendo essi scarsamente solubili in acqua, riescono a interferire con la stabilità delle bolle in modo mirato. La schiuma, infatti, deve la propria stabilità alla presenza di tensioattivi, molecole che si collocano all’interfaccia tra aria e acqua. Tali molecole hanno una struttura costituita da code idrofobe che si orientano verso l’interno della bolla e da teste idrofile che viceversa restano immerse nella fase liquida. Questo orientamento crea una sorta di pellicola che rinforza la bolla impedendone il collasso spontaneo.

Quando l’antischiuma viene introdotto nel sistema, si disperde sotto forma di minuscole gocce che si insinuano tra le molecole di tensioattivo. In questo modo, la pellicola che stabilizza la bolla viene rotta e la struttura della schiuma collassa rapidamente, liberando l’aria intrappolata. 

Da un punto di vista funzionale, la differenza tra tensioattivi e antischiuma risiede proprio nella direzione opposta della loro azione. I tensioattivi (nella loro veste di bagnanti di substrato) abbassano la tensione superficiale e rendono stabile la schiuma, promuovendone talvolta la formazione, mentre gli antischiuma rompono questo equilibrio, provocando un aumento locale della tensione superficiale che porta alla distruzione della bolla.

Nel contesto produttivo ceramico, l’intervento degli antischiuma risulta particolarmente cruciale in due momenti chiave. Il primo è la fase di agitazione, durante la quale lo smalto viene mescolato nelle vasche e tende a inglobare aria. Il secondo momento critico si verifica dopo l’applicazione dello smalto sul supporto ceramico, quando eventuali bolle residue possono manifestarsi in superficie, compromettendo l’uniformità e la qualità estetica del rivestimento.

Antischiuma e tensioattivi

Nonostante la loro utilità, l’impiego degli antischiuma deve essere gestito con attenzione. La loro parziale insolubilità, infatti, può causare problemi secondari se non opportunamente controllata. In smalti con bassa plasticità, quindi con un contenuto ridotto di argille, oppure in smalti particolarmente duri, composti prevalentemente da fritte, gli antischiuma possono rimanere dispersi sotto forma di microgocce; condizione che può generare difetti come occhiellature o sfondini. Per questo motivo, la quantità di antischiuma deve essere calibrata con estrema precisione: una dose troppo bassa non sarà efficace nel contrastare la schiuma, mentre un eccesso potrà causare difetti visibili e compromettere la qualità del prodotto.

Nel processo ceramico, tensioattivi e antischiuma vengono spesso utilizzati insieme, anche se agiscono in maniera opposta. I tensioattivi sono indispensabili per garantire la corretta bagnabilità e stesura dello smalto, permettendo di ottenere una superficie liscia e uniforme. Tuttavia, proprio questi composti possono favorire la formazione di schiuma, rendendo necessario l’intervento degli antischiuma. Si crea così un delicato equilibrio: da una parte i tensioattivi stabilizzano le bolle, dall’altra gli antischiuma le destabilizzano. Se uno dei due elementi prevale, l’intero sistema perde stabilità e insorgono difetti.

Riuscire a mantenere questo equilibrio richiede un’attenta messa a punto, che tenga conto delle caratteristiche specifiche dello smalto, delle condizioni di lavorazione e dei risultati desiderati. Spesso, solo attraverso prove di laboratorio e test diretti in produzione è possibile definire una formulazione che garantisca prestazioni ottimali, prevenendo la formazione di schiuma senza introdurre problematiche aggiuntive.